浅析在生活垃圾焚烧项目中SNCR与SCR脱硝技术

摘要：随着国家节能减排的深入推进，生活垃圾分焚烧发电行业烟气排放逐步推行超低排放要求，NOX浓度控制已成为必须解决的问题，本文对目前垃圾焚烧发电厂采用的两种脱硝技术进行探讨，明晰优缺点，为生活焚烧发电厂项目决策提供依据。

关键词：生活垃圾焚烧 脱硝 烟气排放 超低排放

作者：刘耀杰 浙能锦江环境连云港晨兴环保产业有限公司 江苏省连云港市 222000

0 引言

垃圾在焚烧过程中会产生危害环境的烟气，烟气成分复杂，包含HCI、SO2、HF、NOx、二噁英、Pb、Cd、Hg等多种组分。目前国内焚烧厂主流烟气净化采用“SNCR+半干法脱酸+干法+活性炭喷射+布袋除尘器“处理工艺。现阶段我国垃圾焚烧厂烟气排放执行GB18458-2014标准，部分大气环境承载力不高和经济发达地区，采用更为严格的地方标准、欧盟标准（EU2000/76/EC)或欧盟2010标准（如表1所示）。下文通过对比SNCR和SCR两种脱硝技术，为生活垃圾焚烧发电行业NOX控制提供参考依据。

表1 生活垃圾焚烧烟气排放标准限制

1 SNCR脱硝

1.1 SNCR脱硝原理

SNCR脱硝技术即选择性非催化还原技术，是一种不用催化剂， 在 850～1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂（如氨水，尿素溶液等）喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的清洁脱硝技术。其反应原理如下：

1.2 SNCR脱硝技术特点

SNCR脱硝设备工程造价低、布置简易、占地面积小，脱硝效率在30%~50%之间，无法达到超低排放要求。同时该反应需要一定的温度范围，通常在850℃~1090℃的温度区间内有够的反应时间才能有效。较低的温度下，NO与氨反应速率太慢，甚至不发生反应，导致NOX的低效率和氨逃逸过高。同时在温度超过1093℃时，氨分解：4NH3+5O2-4NO+6H2O，反而创造出NO。并且氨还可以于其他燃烧物质如三氧化硫反应形成铵盐，主要是硫酸氢氨（ABS），ABS在较低温度下吸湿，吸收气体的水分会粘结在空预器管壁和布袋除尘器，大大降低空预器效率和布袋除尘器适用寿命。

同时SNCR系统对设备正常运行和异常事件造成污染和堵塞非常敏感。目前使用的SNCR都是多孔的喷枪，这种孔隙度是的催化剂具有对NOX还原至关重要的高表面积，但是炉膛中的细颗粒物、ABS、硅化合物等容易造成喷枪枪头孔堵塞，影响设备运行。

2 低温SCR脱销技术

2.1 SCR脱硝原理

低温SCR脱硝技术是在催化剂的条件下，在合适的温度反应区间用还原剂，将烟气中的NOx、还原为N2和H20，低温SCR技术的脱硝效率技术上没有上限，从性价比的角度考虑可达80%以上；还原剂 NH3与氮氧化物（NO和 NO2）进行表面反应，反应机理如下：

常规的SNCR技术无法满足生活垃圾焚烧发电行业超低排放的技术要求，已建成垃圾电厂逐步进行超低排放技术改造，所采用的主要技术路径为低温SCR脱硝技术。

2.2 SCR脱硝技术特点

（1）氮氧化物 NO和 NO2在气相被催化还原。

（2）NOx去除率高，同时 NH3逃逸量少。

（3）与其它 NOx脱除系统相比，NH3的消耗量更低。

（4）适用范围广，可用于不同工艺、燃料及烟温。

（5）不产生废物产品。

（6）SCR催化剂还有另外一个重要作用，可移除二恶英。此化学反应为表面反应，其反应机理如下：

3 通用SCR催化剂解析

3.1 常规催化剂分类

目前常规的催化剂类型有蜂窝式催化剂、板式催化剂、波纹板式催化剂。对三种不同型号的催化剂进行对比（表2）：

表2 常规催化剂分类

3.2 蜂窝式催化剂结构及运行要求

3.2.1 蜂窝式催化剂结构。

蜂窝式催化剂由多孔金属氧化物（催化剂基体）及活性物质均质组成。催化剂基体为锐钛型氧化钛(TiO2)，活性物质包括氧化钒(V2O5)及氧化钨(WO3)。

图 1 表示一个标有长度 L和宽度 D 的催化剂元件的一般构造。标准的蜂窝式催化剂的横截面尺寸（D*D）约为 150*150mm。图 2 表示典型催化剂元件的几何形状，定义了孔径p，孔宽度d，外壁厚to和内壁厚ti。

3.2.1 运行工艺参数

表3 蜂窝式催化剂运行参数

3.2.3 催化剂管理的几点要求

1、停炉前必须立即用蒸气吹灰器对催化剂进行非常小心地吹灰。一般而言，催化剂要在锅炉吹灰循环结束后进行清扫。先吹扫催化剂顶层，按步骤往下层走。否则，刚清洗完的干净催化剂会被来自上层催化剂吹扫再次污染。

2、喷氨

喷氨对工艺、烟气温度和速度分布十分敏感。因此，建议喷氨运行要与流场模型测试结果和设计保持一致。要时刻关注喷氨格栅和催化剂反应器之间的气流分布关系。在尚未达到最低喷氨温度的情况下禁止喷氨。在调整氨氮比的时候，必须在满负荷工况下，根据已安装测试网格测得的 NOx 与 NH3的实际值进行调整。

严格禁止在烟气低于最低运行温度时喷氨，低于 MOT下喷氨会导致催化剂微孔内形成 ABS，长时间将造成不可逆的活性下降。

3、催化剂长期隔离

1）在长期停车期间，催化剂必须进行真吹扫去除所有积灰、脱落的保温材料和锈片。催化剂上下两侧都需要清洗。停炉后，一旦安全马上进入反应器，真空清洗催化剂表面和飞灰堆积周围区域。

2）用干燥无酸空气吹扫催化剂床层，防止催化剂表面湿气冷凝。

3）要采取措施避免弄湿催化剂。格外注意避免任何水分接触催化剂表面，无论水分来自锅炉的冲洗水、雨水还是管线泄漏。

4、吹灰

为保持催化剂表面的清洁，防止催化剂堵塞，要经常使用干燥过热蒸汽吹灰器进行吹灰。运行时吹灰器每天吹灰一次。

5、定期维护

为最大限度延长催化剂寿命和减少催化剂失活和中毒，在线维护每天日常设备维护；每月进行喷氨格筛进行验证，并进行氨逃逸测试；每年分层进行活性层无颗粒化学特性测试。

4 结论

随着超低排放在生活垃圾焚烧发电行业逐步推进，体现出SCR技术脱硝率高、没有污染物的优势，SCR脱硝技术将进一步予以推广。进行SCR技术选择时，垃圾焚烧发电行业需要根据行业特性，选在适合的结构，并做好设备的维护，提高脱硝能力，未响应国家节能减排做出行业贡献。

作者：刘耀杰 浙能锦江环境连云港晨兴环保产业有限公司